CH623139A5

CH623139A5 - Lens system

Info

Publication number: CH623139A5
Application number: CH1474177A
Authority: CH
Inventors: Francois Laurent
Original assignee: Bolex Int Sa
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1981-05-15
Also published as: DE2851152A1; JPS5485721A

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem, welches mindestens ein Grundobjektiv, einen Vorsatz und eine Fassung für die Linsen aufweist, wobei das Grundobjektiv auf einen Brennpunkt des Vorsatzes fokussiert ist.

Es ist bekannt, dass durch die unterschiedlichen Brechungs-indices von Wasser und Luft, ein in Luft auf ein bestimmtes Objekt fokussiertes Objektiv unscharf abbildet, wenn die selbe Entfernungseinstellung unter Wasser für die selbe Objektentfernung beibehalten wird. Es muss also die Entfernungseinstellung verändert werden. Gleichzeitig trat bei einem herkömmlichen Unterwassergehäuse eine Objektfeldverkleinerung als Folge der Brechung an dem Wasser-Glas-Luft-Übergang am Gehäusefenster ein. Diesem Verkleinern des Objektfeldes wurde damit begegnet, dass anstatt der planparallelen Fensterplatte des Unterwassergehäuses ein sogenannter Dom, eine stark gebogene Linse mit koaxialen Krümmungen verwendet wurde.

Aus dem Stand der Technik sind Objektivanordnungen bekannt, welche eine genügend grosse Schärfentiefe aufweisen, um praktisch in jeder vernünftigen Aufnahmedistanz scharf abzubilden, ohne die Entfernung verstellen zu müssen. Diese Objektivanordnungen funktionieren im allgemeinen nach dem Retrofokusprinzip, das heisst, das Grundobjektiv ist auf eine sehr kurze Entfernung (Makro) fokussiert, und vor dem Grundobjektiv sitzt eine negative Linse, deren vorderer Brennpunkt mit dem Fokuspunkt des Grundobjektivs zusammenfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Objektivanordnung vorzuschlagen, welche in Luft und auch in Wasser für alle vernünftigen Objektentfernungen scharfe Abbildungen liefert, und welche einen grossen Aufnahmewinkel aufweist.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Linsensystem zwischen vorbestimmten Linsen Bereiche aufweist, in denen das die Linsen umgebende Medium austauschbar ist, wobei die Linsendaten der vorbestimmten Linsen so gewählt sind, dass beim zumindest in bestimmten Bereichen des Linsensystems erfolgenden Austauschen eines ersten durch ein zweites optisches Medium, in das die Linsen eingebettet sind, der Brennpunkt des Vorsatzes und der Fokuspunkt des Grundobjektivs relativ zueinander unveränderbar sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Objektiv mit Vorsatzlinse nach dem Retrofokusprinzip ; Figur 2 zeigt ein Objektiv mit Korrekturlinse und Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt ein Grundobjektiv GO, das auf den Punkt F o fokussiert ist. Alle Strahlen, die von F o ausgehen, werden durch das Objektiv am Film F in den entsprechenden Bildpunkt von F o fokussiert. Strahlen, die aus dem Unendlichen kommen, werden durch die Vorsatzlinse PMA, deren vorderer Brennpunkt mit dem Punkt F o zusammenfällt, so aufgeweitet, dass sie scheinbar vom Punkt F o herkommen, weshalb sie durch das Objektiv auf den Film fokussiert werden. Strahlen, die von einem endlich entfernten Gegenstand kommen, werden hinter der Filmebene fokussiert, jedoch ist dieser Fehler umso kleiner, je kürzer die Brennweite der Vorsatzlinse ist.

Die Figur 2 zeigt ein Grundobjektiv GO welches ebenfalls auf ein in Makrodistanz m entferntes Objekt fokussiert ist. Vor dem Grundobjektiv befindet sich eine Korrekturlinse C, welche, wenn sie auf beiden Seiten mit Luft umgeben ist, keine Brechkraft besitzt, sondern nur eine leichte Parallelverschiebung der Strahlen bewirkt, so dass sich der Punkt F o nach F a verschiebt.

Wird nun die Luft auf der Objektseite der Linse C von Wasser verdrängt, so wird der Lichtstrahl 1 an der Fläche 2 nicht mehr unter dem Winkel a, sondern unter dem Winkel ß gebrochen, und der Fokuspunkt des Gesamtsystems verschiebt sich von F a nach F e um den Betrag b.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der einem Grundobjektiv GO eine Korrekturlinse C, welche in ein Gehäuse G eingebaut ist, und eine negative Vorsatzlinse PMA vorgesetzt wird.

3

623 139

Das Grundobjektiv ist auf die Entfernung m fokussiert. Wie bei Figur 2 beschrieben, wird auch hier durch die Korrekturlinse C der Lichtstrahl parallel verschoben, so dass sich der Fokuspunkt nach F a verschiebt. Die Lage und Brennweite der Vorsatzlinse PMA ist so gewählt, dass ihr vorderer Brennpunkt mit diesem Punkt F a zusammenfällt.

Wird nun das ganze System ins Wasser getaucht, so wird vor der Vorsatzlinse und zwischen dieser und der Korrekturlinse C die Luft vom Wasser verdrängt. Innerhalb des Gehäuses G bleibt die Luft erhalten.

Durch die Änderung des Brechungsindex des die Vorsatzlinse umgebenden Mediums wird deren Brechkraft vermindert, und die Brennweite vergrössert sich von Fa auf Fe. Gleichzeitg hat sich aber, wie in Figur 2 ausgeführt, der Fokuspunkt Fa durch die Veränderung der Brechungsverhältnisse an der brechenden Fläche 2 ebenfalls nach Fe verschoben, so dass auch bei ins Wasser getauchtem System die retrofokale Einstellung erhalten bleibt, wobei nur die Brennweite und mit ihr der Abbildungsmassstab leicht verändert wird.

Dieses System bietet die Möglichkeit, die Wasserlinie in halbe Höhe des Objektivs zu legen und einen halb im Wasser und halb in der Luft befindlichen Gegenstand zugleich über und unter Wasser scharf abzubilden.

Durch Wegschwenken der Vorsatzlinse PMA verbleibt das auf eine relativ kurze Entfernung fest eingestellte Grundobjektiv.

Wird die Brennweite der negativen Vorsatzlinse und die Gegenstandsweite des Grundobjektivs sehr kurz gewählt, so ergibt sich, wie bekannt, ein starker Weitwinkeleffekt, was auf Grund der Aufnahmebedingungen unter Wasser vorteilhaft ist, da die Absorption des Lichtes durch das Wasser ungünstige Lichtverhältnisse und durch die bevorzugte Rotabsorption auch Farbverschiebungen bringt und daher grosse Gegenstandsweiten unvorteilhaft sind.

Die Bedingung für die Radien der Korrekturlinse für die Verschiebung des Fokuspunktes von Fa nach Fe lautet:

_ ae(n, —1) , „ „ „ n^—l , .

Rj ~—— und Ri=Ri —d —s , wobei e —a-n! ~ n2

Ri den gegenstandsseitigen Radius,

R2 den bildseitigen Radius der Korrekturlinse,

? a die Schnittweite des Systems Grundobjektiv-Korrekturlinse in Luft und e dieselbe Grösse in Wasser,

n, den Brechungsindex des Wassers n2 den Brechungsindex der Korrekturlinse und d deren Dicke bezeichnet.

Die Grössen a und e werden durch die Vorsatzlinse vorgegeben.

Das in Figur 3 schematisch dargestellte optische System zeigt, wie die Erfindung prinzipiell realisiert werden kann, wobei folgende Daten eine mögliche Ausführungsform kennzeichnen können:

r d

nd vd

257,970

Vorsatz PMA

3,000

1,492 54,67

20

25,307 37,749

7,000

Korrekturelement C

36,100

5,000

-5 1,492 54,67

Die einzige Anforderung an das Grundobjektiv hierbei ist die Möglichkeit für eine Makroeinsteilung, um vernünftige Baulängen und Lichtstärken zu halten. In Verbindung mit den oben 30 genannten Daten ist in einem bevorzugt verwendeten Grundobjektiv die Makroeinstellung auf 77 mm in Luft und 248,3 mm in Wasser auszuführen, wobei die Brennweiten des Gesamtsystems 4,88 mm in Luft und 7,35 mm in Wasser ergeben.

Der Objektfeldwinkel beträgt in Luft a 72°, in Wasser ß 35 52°. Für die Berechnung der Daten der Korrekturlinse wurden ein Brechungsindex des Wassers von 1,339 zugrunde gelegt. Selbstverständlich können die Radien der Korrekturlinse auch für andere Indices auch anderer Medien nach den gleichen Formeln berechnet werden.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

623 139

1,492

54,67

36,100

1,492

54,67

25,307

1. Linsensystem, welches mindestens ein Grundobjektiv,

einen Vorsatz und eine Fassung für die Linsen aufweist, wobei das Grundobjektiv auf e nen Brennpunkt des Vorsatzes fokussiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem zwischen vorbestimmten Linsen Bereiche aufweist, in denen das die Linsen umgebende Medium austauschbar ist, wobei die Linsendaten der vorbestimmten Linsen so gewählt sind, dass beim zumindest in bestimmten Bereichen des Linsensystems erfolgenden Austauschen eines ersten durch ein zweites optisches Medium, in das die Linsen eingebettet sind, der Brennpunkt des Vorsatzes und der Fokuspunkt des Grundobjektivs relativ zueinander unveränderbar sind.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundobjektiv und Vorsatz ein Korrekturelement vorgesehen ist, wobei zumindest auf einer Seite dieses Korrekturelementes das optische Medium austauschbar ist.

2

io

PATENTANSPRÜCHE

3,00

3. Linsensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechkraft des Korrekturelements, wenn auf beiden Seiten desselben das gleiche Medium anliegt gleich Null, und wenn verschiedene Medien anliegen ungleich Null ist.

4. Linsensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Austausch des optischen Mediums auf der Gegenstandsseite des Korrekturelementes der Fokuspunkt des aus diesem Korrekturelement und dem Grundobjektiv gebildeten Systems um den gleichen Weg verschoben wird wie der Brennpunkt des Vorsatzes, wenn um ihn das erste Medium vollständig durch das zweite ersetzt wird.

5,00

5. Linsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Medium Luft ist. 30

6. Linsensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien des Korrekturelementes den Formeln

20

25

R> =

a-e(n) —1) e—an!

und R2=Ri~d n2 * 1

35

gehorchen, wobei Rt den gegenstandsseitigen und R2 dem bild-seitigen Radius des Korrekturelementes (C), a die Schnittweite des Systems Grundobjektiv-Korrekturelement in Luft, und e dieselbe Grösse im zweiten Medium, % den Brechungsindex des zweiten Mediums, n2 den Brechungsindex des Korrekturele- 40 mentes und d dessen Dicke bezeichnet.

7,00

37,749

Korrekturelement

7. Linsensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium Wasser ist.

8. Linsensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Weitwinkeleffektes die Brennweite 45 der Vorsatzlinse und die eingestellte Gegenstandsschnittweite des Grundobjektivs sehr kurz sind.

9. Linsensystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Daten für den Vorsatz (PMA) und für das Korrekturelement (C), verstanden mit einer Abweichung der Krümmung so einzelner Flächen und der Dicken bis zu 10% der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis zu ± 0,03 und der Abbe'schen Zahlen bis zu ± 5 :

55

r d

"d vd

257,970

Vorsatz

10. Linsensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und bzw. oder dritte Fläche eine asphärische Krümmung aufweist, wobei die unter Anspruch 9 angegebenen Radien den Schmiegeradien entsprechen.